JPH0192360A - Hollow cathode-type ion source - Google Patents
Hollow cathode-type ion sourceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、イオン注入装置用ホローカソード型イオン源
に関するものである。このイオン源はまたイオン注入用
以外に分析用イオン源としても使用されるものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a hollow cathode type ion source for an ion implanter. This ion source is used not only for ion implantation but also as an analytical ion source.
［従来の技術］
ホローが９−ド型イオン源としては、大部分をカソード
１！極とし、前記カソード電極に電気絶縁部材を介して
アノード電極を取付けた筒状放電室を有し、前記筒状放
電室に放電維持用ガスの導入口を設け、前記筒状放電室
のカソード電極部分にイオン引出し用開口を設け、前記
カソード電極部分を冷却するための冷却装置を設け、冷
陰極放電形態で作動するようにしたことを特徴とするホ
ローカソード型イオン源が出願者等によって提案された
。[Prior Art] As a hollow 9-de type ion source, the cathode 1 is mostly used! a cylindrical discharge chamber in which an anode electrode is attached to the cathode electrode via an electrically insulating member; an inlet for discharge sustaining gas is provided in the cylindrical discharge chamber; A hollow cathode type ion source has been proposed by the applicant et al., which is characterized in that an ion extraction opening is provided in the cathode electrode portion, a cooling device is provided to cool the cathode electrode portion, and the source operates in a cold cathode discharge mode. Ta.
この従来のホローカソード型イオン源は、第３図に示す
ように、円筒状のカソード電ｔｆ！２１の上に電気絶縁
部材２７を介してアノード電極２２を取付け、またカソ
ード電１Ｐｉ１２１の側面にはイオン引出し用開口２４
、およびこの開口の後方のガス（または金属蒸気）導入
口２５が設けられている。As shown in FIG. 3, this conventional hollow cathode ion source has a cylindrical cathode electrode tf! An anode electrode 22 is attached on the top of the cathode electrode 1Pi 121 via an electrically insulating member 27, and an ion extraction opening 24 is provided on the side surface of the cathode electrode 1Pi121.
, and a gas (or metal vapor) inlet 25 behind this opening.
カソード電極２１の外周にはこれの支持を兼ねた熱シー
ルド２８が設けられ、冷陰極放電形態で作動するように
熱シ、−ルドを純水にて冷却するための冷却手段２９，
３０．３１が配備されている。A heat shield 28 is provided around the outer periphery of the cathode electrode 21, which also serves as a support for the cathode electrode 21, and a cooling means 29 for cooling the heat shield with pure water so as to operate in a cold cathode discharge mode.
30.31 is deployed.
このホローカソ−ド型イオン源において、ガス−導入口
２５より導入された試料ガス（または金属蒸気〉は、ア
ノード電極２２とカソード電極２１との間の放電によっ
て電離され、必要なイオンを生成する。生成されたイオ
ンは、イオン引出し用開口２４からカソード電極２１の
円筒軸線に垂直な方向に引出される。この種の冷却式の
ホローカソード型イオン源は、熱シールド２８を純水等
の冷却液を冷却手段に流すことによってカソード電極２
１のスパッタを促進するものである。In this hollow cathode type ion source, a sample gas (or metal vapor) introduced through the gas inlet 25 is ionized by discharge between the anode electrode 22 and the cathode electrode 21 to generate necessary ions. The generated ions are extracted from the ion extraction opening 24 in a direction perpendicular to the cylindrical axis of the cathode electrode 21. In this type of cooled hollow cathode ion source, the heat shield 28 is connected to a cooling liquid such as pure water. The cathode electrode 2
This promotes sputtering of No. 1.
［発明が解決しようとする問題点］
ところが、従来のホローカソード型イオン源は、イオン
引出し用開口２４をカソード電極２１の側面に設けてい
るため、円形のイオンビームを得ようとする場合、あま
り大きなビーム径を得ることができないものであった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional hollow cathode type ion source, since the ion extraction opening 24 is provided on the side surface of the cathode electrode 21, it is difficult to obtain a circular ion beam. It was not possible to obtain a large beam diameter.
その上、このイオン源は、イオンをカソード電極２１か
ら引出しているが、カソード近傍で加速されて、不揃い
のエネルギをもったイオンビームがカソード電極に設け
た引出し用開口２４から自然に飛出してくるために、イ
オンビームを介析用に使用する場合問題が生じるもので
あった。Furthermore, although this ion source extracts ions from the cathode electrode 21, ion beams that are accelerated near the cathode and have uneven energy spontaneously fly out from the extraction opening 24 provided in the cathode electrode. Therefore, problems arise when using an ion beam for intervention.
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決し、
より効率の良い、エネルギの揃った円形のイオンビーム
を得ることの可能なイオン源を提供することを目的とす
る。The present invention solves the problems of the prior art as described above,
The object of the present invention is to provide an ion source that is more efficient and can obtain a circular ion beam with uniform energy.
［問題点を解決するめの手段］
本発明のイオン源は、円筒状カソード電極の上部のアノ
ード電極にイオン引出し孔を設けて、イオン源内部で生
成されたイオンを円筒状カソード電極の軸線方向に引出
すようにしたものである。[Means for Solving the Problems] The ion source of the present invention has an ion extraction hole provided in the anode electrode above the cylindrical cathode electrode to direct ions generated inside the ion source in the axial direction of the cylindrical cathode electrode. It is designed to be pulled out.
このため本発明によるホローカソード型イオン源は、円
筒状カソード電極の上部アノード電極にイオン引出し孔
を、また下部アノード電極に試料ガス及び金属蒸気導入
用の孔を設け、前記下部アノード電極から導入されたガ
ス又は金属蒸気をアノード＠、［ｌとカソード電極との
間の放電によって電離させ、生成されたイオンを前記上
部アノード電極に設けたイオン引出し孔から前記カソー
ド電極の円筒の軸線方向に引出すことを特徴とする。For this reason, the hollow cathode type ion source according to the present invention is provided with an ion extraction hole in the upper anode electrode of the cylindrical cathode electrode and a hole for introducing sample gas and metal vapor in the lower anode electrode, so that the ion source is introduced from the lower anode electrode. The gas or metal vapor is ionized by discharge between the anode @, [l and the cathode electrode, and the generated ions are extracted from the ion extraction hole provided in the upper anode electrode in the axial direction of the cylinder of the cathode electrode. It is characterized by
［作用］
本発明のイオン源は、円筒状カソード電極の上部アノー
ド電極にイオン引出し孔を設けたために、孔の大きさを
円筒状カソード電極の内径の大きさまで無段階に選択す
ることが出来、また単一の孔とするだけでなくマルチア
パーチャとすることも出来る。[Function] In the ion source of the present invention, since the ion extraction hole is provided in the upper anode electrode of the cylindrical cathode electrode, the size of the hole can be selected steplessly up to the inner diameter of the cylindrical cathode electrode. In addition to a single hole, it is also possible to have multiple apertures.
更に、従来のホローカソード型イオン源がカソード電極
からのイオン引出しであったのに対して、このイオン源
では、アノード電極からのイオン引出しとしたため、引
出されたイオンビームはエネルギの揃ったビームとなる
。Furthermore, whereas conventional hollow cathode ion sources extract ions from the cathode electrode, this ion source extracts ions from the anode electrode, so the extracted ion beam is a beam with uniform energy. Become.
［実施例］ 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described in detail below based on the drawings.
第１図は、本発明のホローカソード型イオン源の原理を
示す原型図であり、円筒状カソード電極１の上部と下部
にはそれぞれインシュレータ９を介して上部アノード電
極２と下部アノード電極３が取付けられる。上部アノー
ド電［！２のほぼ中央には、イオン引出し、′孔４が設
けられ、また下部アノード電極３には金属蒸気導入孔５
および試料ガス導入孔６が設けられる１円筒状カソード
電極ｌの外周には、これを支持する同じく円筒状の熱シ
ールド７が取付けられる。コールドタイプは、第１図に
点線で示すように、熱シールド７の周囲に純水等の冷却
液を流す冷却液導入パイプ８をめぐらし、熱シールド７
およびカソード電極１を冷却するよう構成し得る。FIG. 1 is a prototype diagram showing the principle of the hollow cathode ion source of the present invention, in which an upper anode electrode 2 and a lower anode electrode 3 are attached to the upper and lower parts of the cylindrical cathode electrode 1 via insulators 9, respectively. It will be done. Upper anode electrode [! An ion extraction hole 4 is provided at approximately the center of the electrode 2, and a metal vapor introduction hole 5 is provided in the lower anode electrode 3.
A similarly cylindrical heat shield 7 is attached to the outer periphery of one cylindrical cathode electrode l in which the sample gas introduction hole 6 is provided. As shown by the dotted line in FIG. 1, the cold type has a coolant introduction pipe 8 that flows a coolant such as pure water around the heat shield 7.
and the cathode electrode 1 can be configured to be cooled.
金属蒸気導入孔５から導入された金属蒸気又は、試料ガ
ス導入孔６から導入されたガスは、上部と下部のアノー
ド電極２と３およびカソード電極１との間の放電によっ
て電離される。こうして生成されたイオンは、上部アノ
ード電極２に設けたイオン引出し孔４から引出される。The metal vapor introduced from the metal vapor introduction hole 5 or the gas introduced from the sample gas introduction hole 6 is ionized by discharge between the upper and lower anode electrodes 2 and 3 and the cathode electrode 1. The ions thus generated are extracted from the ion extraction hole 4 provided in the upper anode electrode 2.
このイオン源においては、イオン引出し孔４を上部アノ
ード電極２に設けて、イオンをこの引出し孔から円筒状
カソード電極の軸線方向に引出すようにしたために、こ
の孔の直径を最大で円筒状カソード電極１の内径の寸法
まで無段階に選択出来、しかも引出されたθオンビーム
はエネルギの−揃ったビームとなる。In this ion source, the ion extraction hole 4 is provided in the upper anode electrode 2 so that ions are extracted from this extraction hole in the axial direction of the cylindrical cathode electrode. The dimension of the inner diameter of 1 can be selected steplessly, and the extracted θ-on beam becomes a beam with uniform energy.
第２図に示す本発明によるホローカソード型イオン源は
、中空円筒状カソード電極１１を備え、その外周には同
じく中空円筒状のカソードシールド１２が取付けられる
。このシールド１２は、カソード電極１１の上端部と係
合する屈曲部１２ａとカソード電極の下端部とほぼ同一
平面内に位置されるフランジ１２ｂとを有している。カ
ソード電極１１とカソードシールド１２は、カソード電
極−）１３上に支持される。The hollow cathode type ion source according to the present invention shown in FIG. 2 includes a hollow cylindrical cathode electrode 11, and a hollow cylindrical cathode shield 12 is attached to the outer periphery of the cathode electrode 11. This shield 12 has a bent portion 12a that engages with the upper end of the cathode electrode 11, and a flange 12b that is located substantially in the same plane as the lower end of the cathode electrode. The cathode electrode 11 and the cathode shield 12 are supported on the cathode electrode 13.
カソードシールド１２よりも大きな直径を有する上部ア
ノード電極１４は、中空円筒状の帽状体であり、その天
井中央にはイオン引出し孔１７が設けられ、また下方部
にはフランジ１４ａを有している。上部アノード環［！
１４は、環状のインシュレータ１６を介してカソードサ
ポートのフランジ１２ｂ上に支持される。The upper anode electrode 14, which has a larger diameter than the cathode shield 12, is a hollow cylindrical cap-shaped body, and has an ion extraction hole 17 in the center of its ceiling, and a flange 14a in the lower part. . Upper anode ring [!
14 is supported on the flange 12b of the cathode support via an annular insulator 16.
円盤状の下部アノード電極１５は、上面に環状の突起１
５ａを有し、また中央に金属蒸気導入孔１８および中央
から１′かに離れた位置に試料ガス導入孔１９が設けら
れる。このアノード環［！１５は、環状のインシュレー
タ１６°によりカソードサポート１３を介してカソード
電ｆ！ｌｌ、カソードシールド１２および上部アノード
電極１４を支持している。The disk-shaped lower anode electrode 15 has an annular projection 1 on its upper surface.
5a, and a metal vapor introduction hole 18 is provided at the center, and a sample gas introduction hole 19 is provided at a position approximately 1' away from the center. This anode ring [! 15 is a cathode voltage f! via a cathode support 13 by an annular insulator 16°. ll, supporting the cathode shield 12 and the upper anode electrode 14.
コールドタイプは、第２図に点線で示すように、上部ア
ノード電極１４の周囲に純水等の冷却液を流す冷却液導
入パイプ２ｏをめぐらし、上部アノード電極を冷却する
よう楕成し得る。カソード電ｆ！１１は熱副射により冷
却される。The cold type may have an oval shape in which a coolant introduction pipe 2o for flowing a coolant such as pure water is arranged around the upper anode electrode 14 to cool the upper anode electrode, as shown by the dotted line in FIG. Cathode electric f! 11 is cooled by heat radiation.
このような構成のホローカソード型イオン源において、
下部アノード電極１５に設けた試料ガス導入孔１９（又
は金属蒸気導入孔１８）によりイオン源内部に導入され
たガス（又は金属蒸気）は、アノード電極１４．１５と
カソード電極１１．カソードシールド１２、カソードサ
ポート１３との間の放電により電離されてイオンを生成
する。生成されたイオンは、上部アノード環ｆｉ１４に
設けたイオン引出し孔１７からカソードの円筒軸線方向
に引出される。In a hollow cathode ion source with such a configuration,
The gas (or metal vapor) introduced into the ion source through the sample gas introduction hole 19 (or metal vapor introduction hole 18) provided in the lower anode electrode 15 flows through the anode electrode 14.15 and the cathode electrode 11. Ions are ionized by discharge between the cathode shield 12 and the cathode support 13. The generated ions are extracted from the ion extraction hole 17 provided in the upper anode ring fi14 in the direction of the cylindrical axis of the cathode.
コールドタイプとして使用する場合は、上部アノード電
極１４の周囲に巻いた冷却液導入パイプ２０に純水等の
冷却液を流して、上部アノード電極を冷却する。このと
き、カソード電極１１およびカソードシールド１２を、
必要なイオン種を含む金属、例えばＭｏ、Ｗ、Ｎｉ等の
金属で作っておくと、スパッタ作用によりイオン源内部
に金属の原子が放出され、アノード電極１４ 、’ １
５とカソード電極１１．カソードシールド１２、カソー
ドサポート１３との間の放電により電離されてイオン化
される。When used as a cold type, a coolant such as pure water is caused to flow through the coolant introduction pipe 20 wound around the upper anode electrode 14 to cool the upper anode electrode. At this time, the cathode electrode 11 and the cathode shield 12 are
If the anode electrode 14 is made of a metal containing the necessary ion species, such as Mo, W, Ni, etc., metal atoms are released into the ion source by sputtering, and the anode electrode 14,' 1
5 and cathode electrode 11. It is ionized by discharge between the cathode shield 12 and the cathode support 13.
［発明の効果］
本発明は、中空円筒状カソード電極の上部アノード電極
にイオン引出し孔を設けたことにより、イオンビーム径
がカソード内径の大きさまで無段階に選べ、また単一の
イオン引出し孔を設ける他にマルチアパーチャ方式でも
可能である。[Effects of the Invention] By providing an ion extraction hole in the upper anode electrode of the hollow cylindrical cathode electrode, the ion beam diameter can be adjusted steplessly up to the inner diameter of the cathode, and a single ion extraction hole can be used. In addition to providing a multi-aperture system, a multi-aperture system is also possible.
更に、イオン引出しがアノード電極から行われるために
、エネルギの揃ったビームが得られ、分析用イオンビー
ム生民・用としてのみならず、多種の装置のイオン源と
して使用することが出来る。Furthermore, since ion extraction is performed from the anode electrode, a beam with uniform energy can be obtained, and the ion beam can be used not only for consumer use but also as an ion source for various types of devices.
第１図は、本発明のホローカソード型イオン源の原理を
示す縦断面図、第２図は、本発明の一実施例を示す縦断
面図、および第３図は、従来のホローカソード型イオン
源を示す部分破断斜視図である。
１・・・カソード電極、 ２・・・上部アノード電極、
３・・・下部アノード電極、 ４・・・イオン引出し孔
。
５・・・金属蒸気導入孔、 ６・・・ガス導入孔、 ７
・・・熱シールド、 ８・・・冷却液導入パイプ、 ９
・・・インシュレータ、 １１・・・カソード電極、
１２・・・カソードシールド、 １３・・・カソ
ードサポート。
１４・・・上部アノード電極、 １５・・・下部アノー
ド電極、 １６・・・インシュレータ、 １７・・
・イオン引出し孔、 １８・・・金属蒸気導入孔、 １
９・・・ガス導入孔、 ２０・・・冷却液導入パイプ、
２１・・・カソード電極、 ２２・・・アノード電極
、 ２４・・・イオン引出しスリット、 ２５・・・ガ
ス（又は金属蒸気）導入孔、 ”１７・・・絶縁用イン
シュレータ、−２８・・・熱シールド
第１図
第２図
第３図FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the principle of the hollow cathode ion source of the present invention, FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing the source. 1... Cathode electrode, 2... Upper anode electrode,
3... Lower anode electrode, 4... Ion extraction hole. 5... Metal vapor introduction hole, 6... Gas introduction hole, 7
... Heat shield, 8 ... Coolant introduction pipe, 9
... Insulator, 11 ... Cathode electrode,
12...Cathode shield, 13...Cathode support. 14... Upper anode electrode, 15... Lower anode electrode, 16... Insulator, 17...
・Ion extraction hole, 18...Metal vapor introduction hole, 1
9... Gas introduction hole, 20... Coolant introduction pipe,
21... Cathode electrode, 22... Anode electrode, 24... Ion extraction slit, 25... Gas (or metal vapor) introduction hole, ``17... Insulator for insulation, -28... Heat Shield Figure 1 Figure 2 Figure 3
Claims (1)
孔を、また下部アノード電極に試料ガス及び金属蒸気導
入用の孔を設け、前記下部アノード電極から導入された
ガス又は金属蒸気をアノード電極とカソード電極との間
の放電によって電離させ、生成されたイオンを前記上部
アノード電極に設けたイオン引出し孔から前記カソード
電極の円筒の軸線方向に引出すことを特徴とするホロー
カソード型イオン源。An ion extraction hole is provided in the upper anode electrode of the cylindrical cathode electrode, and a hole for introducing sample gas and metal vapor is provided in the lower anode electrode, so that the gas or metal vapor introduced from the lower anode electrode is connected to the anode electrode and the cathode electrode. A hollow cathode type ion source characterized in that the generated ions are ionized by discharge during the period of time, and the generated ions are extracted from an ion extraction hole provided in the upper anode electrode in the axial direction of the cylinder of the cathode electrode.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62054110A JP2519709B2 (en) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | Hollow cathode type ion source |
| US07/164,803 US4894546A (en) | 1987-03-11 | 1988-03-07 | Hollow cathode ion sources |
| EP88850086A EP0282467B1 (en) | 1987-03-11 | 1988-03-10 | Hollow cathode ion sources |
| DE88850086T DE3881418T2 (en) | 1987-03-11 | 1988-03-10 | CAVE CATHODE ION SOURCES. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62054110A JP2519709B2 (en) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | Hollow cathode type ion source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0192360A true JPH0192360A (en) | 1989-04-11 |
| JP2519709B2 JP2519709B2 (en) | 1996-07-31 |
Family
ID=12961458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62054110A Expired - Lifetime JP2519709B2 (en) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | Hollow cathode type ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2519709B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014086137A (en) * | 2012-10-19 | 2014-05-12 | Ran Technical Service Kk | Cold cathode type ion source |
| RU172049U1 (en) * | 2016-06-24 | 2017-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" | CATHODE FOR ION IMPLANTATION OF THE SURFACE OF PARTS FROM STRUCTURAL MATERIALS |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62281234A (en) * | 1986-05-30 | 1987-12-07 | Ulvac Corp | Ion source |
-
1987
- 1987-03-11 JP JP62054110A patent/JP2519709B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2519709B2 (en) | 1996-07-31 |
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